Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
Необходимого уровня состояния тренированности занимающихся студентов можно достичь только при проведении учебно-тренировочных занятий со строгим соблю...полностью>>
'Документ'
г. Нижние Серги, ул. Ленина, . тел.: -19-3 , -1 -58, e-mail: 1 3101@ Сведения о выпускниках 9 классов МКОУ СОШ № 1 г. Нижние Серги 013 год Класс Всего...полностью>>
'Документ'
А4. Подавляющее большинство людей в детстве болеют ветрянкой (ветряной оспой). Какой иммунитет возникает после перенесения человеком этого инфекционно...полностью>>
'Программа'
Урало-Сибирский Дом Знаний, ИНН 7451016790, КПП 745101001, БИК 047501779, р.сч. 4070381030012 150 в ОАО “Челябинвестбанк” г.Челябинска, кор.сч.3010181...полностью>>

Главная > Документ

Сохрани ссылку в одной из сетей:
Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

И.Р. Семин

Начальник лаборатории психофизиологических обследований ОАО «СХК»,

профессор, д.м.н.

Использование ядерных технологий в неядерных областях жизнедеятельности человека

1. ЦИКЛОТРОНЫ В МЕДИЦИНСКОЙ ПРАКТИКЕ

Циклотрон - циклический ускоритель нерелятивистских тяжёлых частиц (протонов, ионов) в котором частицы двигаются в постоянном и однородном магнитном поле, а для их ускорения используется высокочастотное поле неизменной частоты. В 1930 году Э. Лоуренсом (США) был создан первый циклический ускоритель - циклотрон на энергию протонов 1 МэВ (его диаметр был 25 см.). Тяжелые заряженные частицы (протоны, ионы) попадают в камеру из инжектора вблизи центра камеры и ускоряются переменным полем частоты, приложенным к ускоряющим электродам (их два и они называются дуантами)

Для ускорения тяжёлых частиц учёные сконструировали установки, суть которых состоит в сильном магнитном поле, где заряженные атомные частицы принуждают многократно вращаться по кругу, так что на этом пути могут снова и снова ускориться электрическим полем. Так же они открыли новые элементарные частицы, которые порождаются в этих происходящих энергиях столкновениях и которые по истечении исключительно малых промежутков времени исчезают, превращаясь в другие элементарные частицы. В настоящее время известно приблизительно 25 различных видов элементарных частиц. Самая "молодая" из них-отрицательно заряженный протон, который называют антипротон. Все элементарные частицы могут превращаться в другие частицы или могут быть просто созданы из кинетической энергии; и они могут превратиться в энергию, например в излучение, собственно говоря, которые применяется для лечения онкобольных. Причиной неудач лучевого лечения опухолей в ряде случаев является относительная резистентность новообразования к излучениям с низкой линейной передачей энергии, невозможность подведения к опухоли необходимой дозы из-за риска повреждения нормальных окружающих тканей. Радикально улучшить параметры распределения дозы, увеличить повреждающий эффект облучения возможно с помощью использования пучков некоторых ядерных частиц-адронов. Почти все такие частицы слабо рассеиваются в тканях перед мишенью, имеют чётко определённый пробег, линейные передачи энергии возрастают по мере проникновения и достигают максимума на определённой глубине, образуя пик Брэгга, благодаря чему доза в мишени может, превосходить дозу на поверхности в несколько раз даже при облучении с одного направления. Моделируя энергию, можно создавать пик Брэгга на постоянном и однородном магнитном поле, а для их ускорения используется высокочастотное электрическое поле неизменной частоты.

В 1930 году Э. Лоуренсом (США) был создан и первый циклический ускоритель - циклотрон на энергию протонов 1 МэВ (его диаметр был 25 см). На рис.1 показана первая работающая модель циклотрона. На рис.2 циклотрон следующего поколения, которыйпозволял ускорять протоны и дейтроны до энергий в несколько МэВ1.

Рис. 1. Первая работающая модель циклотрона

Рис. 2. С. Ливингстоун и Э. Лоуренс у 27-дюймового циклотрона, который широко использовался в экспериментальных исследованиях ядерных реакций и искусственной радиоактивности. Тяжелые заряженные частицы (протоны, ионы) попадают в камеру из инжектора вблизи центра камеры и ускоряются переменным полем фиксированной частоты, приложенным к ускоряющим электродам (их два и они называются дуантами).

Для ускорения тяжёлых частиц в режиме раскручивающейся спирали до энергий в десятки раз больших (вплоть до 1000 МэВ) используют модификацию циклотрона, называемую изохронным (релятивистским) циклотроном, а также фазотрон. В изохронных циклотронах релятивистские эффекты компенсируются радиальным возрастанием магнитного поля.

Возможность состоит в конструировании очень больших ускорителей элементарных частиц. В качестве прототипа для них может считаться так называемый циклотрон, который был сконструирован в Калифорнии в начале тридцатых годов Лоуренсом. Основная идея конструкции этих установок состоит в том, что благодаря сильному магнитному полю заряженные атомные частицы принуждают многократно вращаться по кругу, так что они на этом круговом пути могут снова и снова ускориться электрическим полем. Кроме трех основных строительных кирпичей материи -электрона, протона и нейтрона, - были открыты новые элементарные частицы, которые порождаются в этих происходящих при высоких энергиях столкновениях и которые по истечении исключительно малых промежутков времени исчезают, превращаясь в другие элементарные частицы.

Новые элементарные частицы имеют свойства, подобные свойствам старых, за исключением своей нестабильности. В настоящее время известно приблизительно 25 различных видов элементарных частиц. Самая "молодая" из них отрицательно заряженный протон, который называют антипротоном.

Эксперименты показали полную превращаемость материи. Все элементарные частицы в столкновениях достаточно большой энергии могут превратиться в другие частицы или могут быть просто созданы из кинетической энергии; и они могут превратиться в энергию, например в излучение.

Протонный циклотрон. Существует весьма элегантный и экономичный способ ускорения пучка путем многократного сообщения ему небольших порций энергии. Для этого с помощью сильного магнитного поля пучок заставляют двигаться по круговой орбите.

Впервые этот способ был реализован в 1930 Э.Лоуренсом и С.Ливингстоном в изобретенном ими циклотроне. Пучок экранируется от действия электрического поля в тот полупериод, когда оно действует замедляюще.

2. Положительное и отрицательное влияние на человека

Причиной неудач лучевого лечения опухолей в ряде случаев является относительная резистентность новообразования к излучениям с низкой линейной передачей энергии, невозможность подведения к опухоли необходимой дозы из-за риска повреждения нормальных окружающих тканей.

Радикально улучшить параметры распределения дозы, увеличить повреждающий эффект облучения возможно с помощью использования пучков некоторых ядерных частиц адронов. Почти все такие частицы слабо рассеиваются в тканях перед мишенью, имеют четко определенный пробег, линейные передачи энергии возрастают по мере проникновения и достигают максимума на определенной глубине, образуя пик Брэгга, благодаря чему доза в мишени может превосходить дозу на поверхности в несколько раз даже при облучении с одного направления.

Моделируя энергию, можно создавать пик Брэгга на необходимой глубине и тем самым уменьшить в 2-3 раза лучевую нагрузку на окружающие нормальные ткани. Это актуально при лечении опухолей расположенных вблизи или внутри критических органов. Большинство ядерных частиц (кроме нейтронов) имеют существенные преимущества в факторах распределения дозы по сравнению с традиционными (фотонное, электронное) видами излучений. В настоящее время для лучевой терапии используются протоны, ионы углерода и нейтроны.

Наибольшее распространение в клинической практике получили протоны. В мире насчитывается более 20 центров, использующих для лучевой терапии пучки протонов. Тенденция к увеличению их числа на долю российских центров приходится более 5 тыс.

Наибольший опыт накоплен в офтальмологии и облучении внутричерепных мишеней, а также у больных с опухолями основания черепа и примыкающих к шейному отделу спинного мозга областей (хордомы и хондросаркомы). Так, 5-летний локальный контроль выявлен у 91% больных после протонной терапии опухолей основания черепа и у 65% пациентов с новообразованиями, прилежащими к спинному мозгу.

В России их применение для лучевой терапии насчитывает более 35 лет.

Перспективы развития протонной терапии в России связаны с разработкой и методик и созданием специализированных медицинских протонных источников излучения.

Другим эффективным путем повышения результатов лучевого воздействия является использование быстрых нейтронов.

Радиобиологическими предпосылками для их применения в лучевой терапии являются меньшая по сравнению с фотонным излучением зависимость действия от фазы клеточного цикла, от степени насыщения клеток кислородом, низкая вероятность репарации сублетальных повреждений, слабая разница в радиочувствительности клеток различных опухолей.

С 1938 по 1943 г. нейтроны были впервые применены для лечения злокачественных новообразований. При этом получены блестящие непосредственные результаты - опухоль в большинстве случаев исчезала. Однако вскоре метод был оставлен из-за большого числа осложнений, часто не совместимых с жизнью. Опыта и знаний о биологическом действии нейтронов в то время было недостаточно. По мере накопления данных возрождался интерес к нейтронной терапии. В настоящее время около 20 центров в разных странах ведут исследования в области нейтронной терапии, и уже накоплен опыт лечения, сопоставимый с опытом протонной терапии.

Для нейтронов характерна высокая относительная биологическая эффективность (ОБЭ). Величина кислородного эффекта возрастает при увеличении энергии нейтронов.

Следует добавить, что при энергиях ниже 3,5 МэВ ОБЭ нейтронов существенно возрастает с глубиной, что может давать определенный клинический выигрыш за счет некоторого щажения кожи и более интенсивного поражения опухоли. Для дистанционной нейтронной терапии чаще всего используются циклотроны и нейтронные генераторы. Возможно существенное улучшение результатов лечения быстрыми нейтронами при использовании нейтронзахватывающих веществ. При этом терапевтический выигрыш может быть особенно велик.

Одной из проблем дистанционной нейтронной терапии является развитие тяжелых лучевых осложнений, объясняется особенностями биологического действия нейтронов. Эффективным способом снижения их числа является повышение средней энергии пучка нейтронов, улучшающее их глубинное распределение. При этом уменьшаются радиобиологические преимущества нейтронов, поэтому необходим дифференцированный подход.

Наиболее перспективным путем решения этой проблемы является использование сочетанной фотонно-нейтронной терапии, позволяет избежать или ослабить его недостатки. Это направление в настоящее время интенсивно развивается.

Хорошие результаты получены при использовании нейтронов для лечения больных местно-распространенными и рецидивными опухолями головы и шеи.

Циклотроны в Томске

В России в 3-х научных центрах - в Обнинске, Томске и Снежинске -ведутся клинические испытания терапии быстрыми нейтронами. Начиная с 1985 г. курс сочетанной гамма-нейтронной терапии успешно проведен более 480 больным злокачественными новообразованиями головы, шеи, молочной железы, остеогенными саркомами и опухолями других локализаций.

В Томске на циклотроне У-120 НИИ ядерной физики сотрудниками НИИ онкологии успешно используются быстрые нейтроны (со средней энергией 6,3 МэВ). Проведено лечение более 700 пациентов со злокачественными новообразованиями различных локализаций преимущественно в области головы и шеи.

В 1999 г. открыт блок нейтронной терапии в Российском ядерном центре (Снежинск) с использованием нейтронного генератора НГ-12, дающего пучок нейтронов 12-14 МэВ. Сочетанную лучевую терапию получили уже более 200 больных злокачественными новообразованиями.

Таким образом, использование адронов - весьма перспективный метод лучевой терапии. Большое количество исследовательских адронных пучков на территории бывшего СССР и сохранившийся высокий научно-технический, медицинский потенциал облегчают задачу развития данной технологии, однако требуются совместные усилия медиков и физиков, чтобы сделать ее реальной и широко доступной.

2. ИЗОТОПЫ В МЕДИЦИНСКОЙ ПРАКТИКЕ

Точные измерения масс атомов показали, что все химические элементы имеют изотопы. Изотопами называются атомы с одинаковым числом Z протонов, но с разным числом N нейтронов в атомном ядре. При одинаковом числе протонов атомы изотопов обладают одинаковым строением электронных оболочек. Следовательно, они являются атомами одного химического элемента и обладают одинаковыми химическими свойствами. Различие в количестве нейтронов в ядрах изотопов приводит к различию в массах ядер изотопов и существенным различиям свойств атомных ядер изотопов.

В настоящее время известно 106 химических элементов. Из них только 81 элемент имеет как стабильные, так и радиоактивные изотопы. Для остальных 25 элементов известны только радиоактивные изотопы. В общей сложности в настоящее время доказано существование около 1700 нуклидов, причем число изотопов, известных для отдельных элементов, колеблется от 3 (для водорода) до 29 (для платины). Из этих нуклидов только 271 нуклид являются стабильными, остальные радиоактивные. Около 300 из них находят или могут найти практическое применение в различных сферах человеческой деятельности.

Радионуклиды применяются в ядерной медицине в основном в виде радиофармацевтических препаратов (РФП) для ранней диагностики заболеваний различных органов человека и для целей терапии. РФП - химическое соединение, содержащие в своей молекуле определенный радиоактивный нуклид и разрешенное для введения человеку с диагностической или лечебной целью. Радиоактивный натрий, вводимый в небольших количествах в кровь, используется для исследования кровообращения.

Сцинтиграмма грудной клетки человека (темные пятна - костные метастазы)

Областью массового использования радионуклидов является ядерная медицина. На ее нужды расходуется более 50 % годового производства радионуклидов во всем мире. В состав живого организма входят, помимо 5 основных элементов (кислорода, водорода, углерода, азота и кальция), еще 67 элементов периодической системы Менделеева. Поэтому в настоящие время трудно представить клинику у нас или за рубежом, в которой при установлении диагноза заболевания не использовались бы различные радиоактивные препараты и меченные ими соединения. Учитывая большие перспективы использования радионуклидной диагностики, растет и расширяется число методов исследования, в которые входят как давно апробированные, использующие хорошо известные радиоактивные нуклиды, так и совершенно новые способы, в которых применяются ранее не встречавшиеся в клинической практике радионуклиды.

Иод интенсивно отлагается в щитовидной железе, особенно при базедовой болезни. Наблюдая с помощью счетчика за отложением радиоактивного йода, можно быстро поставить диагноз. Большие дозы радиоактивного йода вызывают частичное разрушение аномально развивающихся тканей, и поэтому радиоактивный йод используют и для лечения базедовой болезни. Интенсивное гамма-излучение кобальта используется при лечении раковых заболеваний (кобальтовая пушка).

Сцинтиграмма печени. Накопление препарата (показано стрелкой) позволяет найти опухоль.

Нативные сцинтиграммы миокарда, полученные после инъекции 201Т1 и 199Т1.

Сцинтиграммы сердечной мышцы больного ишемией (тесты: нагрузка-покой), полученные с использованием РФП «Таллия хлорид, 199Т1».


ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР НИИ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ ПРИ ТПУ

Радиоизотопная диагностика

Радиоизотопная диагностика - распознавание патологических изменений в организме человека с помощью радиоактивных соединений. Она построена на регистрации и измерении излучений от введенных в организм препаратов. С их помощью изучают работу органов и систем, обмен веществ, скорость движения крови и другие процессы.

В радиоизотопной диагностике используют два способа:

  1. Больному вводят радиофармацевтический препарат с последующим исследованием его движения или неодинаковой концентрации в органах и тканях.

  2. В пробирку с исследуемой кровью добавляют меченые вещества, оценивая их взаимодействие. Это т.н. скрининг-тест для раннего выявления различных заболеваний у неограниченно большого контингента лиц.

Показаниями к радиоизотопному исследованию являются заболевания желез внутренней секреции, органов пищеварения, а также костной, сердечно-сосудистой, кроветворной систем, головного и спинного мозга, легких, органов выделения, лимфатического аппарата. Проводят его не только при подозрении на какую-то патологию или при известном заболевании для уточнения степени поражения и оценки эффективности лечения.

Методы радиоизотопной диагностики.

Радиография - регистрация динамики накопления и перераспределения органом введенного радиоактивного препарата. Применяется для исследования быстро протекающих процессов, таких, как кровообращение, вентиляция легких и др. Радиометрия всего тела - осуществляется с помощью специального счетчика. Метод предназначен для изучения обмена белков, витаминов, функции желудочно-кишечного тракта, а также для исследования естественной радиоактивности организма и его загрязненности продуктами радиоактивного распада.

Сканирование и сцинтиграфия предназначены для получения изображения органов, избирательно концентрирующих препарат. Получаемая картина распределения и накопления радионуклеида дает представление о топографии, форме и размерах органа, а также о наличии в нем патологических очагов.Определение радиоактивности биологических проб - предназначено для изучения функции органа. Рассматривается абсолютная или относительная радиоактивность сыворотки крови.

Процедура начинается с введения больному радиоактивного препарата, тропного определенному органу (исследуемого) и в патологических участках он либо накапливается очень сильно, либо совсем не накапливается. Затем больной помещается под гамму-камеру, в датчике которого установлен большой кристалл йода. Датчик воспринимает Υ-лучи, которые испускает больной.

В результате у врачей имеется сцинтиграмма, позволяющая точно установить диагноз и расположение опухоли или другого патологического процесса.

Ниже приведены фотографии гамма-камеры, рабочего места врача-радиолога и сцинтиграммы легких больного тромбоэмболией (закупорка сосудов).

Противопоказаний к радиоизотопному исследованию нет, существуют лишь некоторые ограничения. Большое значение имеет сопоставление радиоизотопных данных, рентгенологических и ультразвуковых. Для большинства диагностических тестов используются короткоживущие радиоизотопы, что бы оказать минимальное вредное воздействие на организм. Для исследования берется радиоактивный изотоп и метится определенным тропным препаратом, который будет накапливаться (или не накапливаться, в зависимости от исследования) в определенном органе.




Похожие документы:

  1. Воснову розробки програми покладена програма курсу, рекомендована Міністерством освіти І науки України «Основи вибору професії». Мета курсу

    Документ
    ... проводить психологическое обследование; дополнять ... а рядовых исполнителей. Именно с мотивацией к ... П 29. Корректор К Критик К 30. Завхоз ... к профессиональным требованиям. • Повышенные требования ... большая кропотливая работа: ...
  2. Реан А. А., Коломинский Я

    Документ
    ... лаборатории. Участникам конгресса показывали его лабораторию ... психологии — сугубо психофизиологическое. Толерантность — это ... педагогами, работающими в обследован­ных группах, ... псевдоораторскую манеру «начальники» всех ... от общего времени семина­ра). Вопреки ...
  3. Современные системы психологии./Пер с англ под общ ред. А. А. Алексеева спб.: прайм-еврознак, 2003. 384 с. (Серия «Психологическая энциклопедия»)

    Реферат
    ... — психофизической (и психофизиологической) пробле­мы. ... психологические лаборатории для проведения ... также при проведении обследований поведенческих сеттингов с ... . Приверженцы конструкционизма, Семин и Герген (Semin ... его подруге, начальнику, идеальной матери ...

Другие похожие документы..